A zürichi ETH (Svájci Szövetségi Technológiai Intézet) és a svájci WSL (Svájci Szövetségi Erdészeti Intézet) kutatói olyan repülő eszközt fejlesztettek ki, amely képes leszállni a fák ágaira, hogy mintákat vegyen. Ezzel új dimenzió nyílik meg a kutatók előtt a biodiverzitás, azaz a biológiai sokféleség kutatásában.
(Fotó: Gottardo Pestalozzi / WSL)
Az ökológusok egyre gyakrabban használják az élő szervezetek által környezetben hátrahagyott genetikai anyagok nyomait, az úgynevezett környezeti DNS-t (eDNS) a biológiai sokféleség katalogizálására és nyomon követésére. E DNS-nyomok alapján a kutatók meg tudják határozni, hogy egy adott területen mely fajok vannak jelen.
A vízből vagy talajból könnyű mintát venni, de más élőhelyek – például az erdők lombkoronája – nehezen hozzáférhetőek a kutatók számára. Ennek eredményeképpen sok faj “láthatatlan marad” a kevéssé feltárt területeken.
A zürichi ETH és a svájci WSL kutatói, valamint a SPYGEN vállalat együttműködve olyan speciális drónt fejlesztettek ki, amely autonóm módon képes mintákat gyűjteni a fák ágairól.
A drónt ragasztócsíkokkal szerelték fel. Amikor a repülőgép leszáll egy ágra, az ágról származó anyag ezekre a csíkokra tapad. A kutatók ezután a laboratóriumban DNS-t tudnak kinyerni, elemezni és adatbázis-összehasonlítással a különböző élőlények genetikai egyezéseihez rendelni.
De nem minden ág egyforma: vastagságuk és rugalmasságuk tekintetében különböznek. Az ágak meghajlanak és visszapattannak, amikor egy drón landol rajtuk. A robotikusok számára nagy kihívást jelentett a repülőgép olyan programozása, hogy az mégis képes legyen önállóan megközelíteni egy ágat, és elég sokáig stabil maradjon rajta a mintavételhez.
“Az ágakra való leszállás komplex vezérlést igényel” – magyarázza Stefano Mintchev, az ETH Zürich és a WSL környezetvédelmi robotika professzora. Alapvetően a drón nem tudja, hogy mennyire hajlékony és mennyire rugalmas egy ág, ezért a kutatók egy erőhatás érzékelő ketreccel szerelték fel azt. Ez lehetővé teszi, hogy a drón a helyszínen megmérje ezt a tényezőt, és beépítse a repülési manőverébe.
Séma: A begyűjtött ágak anyagából DNS-t vonnak ki, felerősítik, szekvenálják, és a talált szekvenciákat összehasonlítják az adatbázisokkal. Ez lehetővé teszi a faj azonosítását. (Grafika: Stefano Mintchev / ETH Zürich)
Az esőerdei műveletek előkészítése a zürichi állatkertben
A kutatók hét fafajon tesztelték új eszközüket. A mintákban 21 különböző élőlénycsoport DNS-ét találták meg, köztük madarak, emlősök és rovarokét. “Ez biztató, mert azt mutatja, hogy a gyűjtési technika működik” – mondja Mintchev, aki társszerzője volt a Science Robotics című folyóiratban most megjelent tanulmánynak.
A kutatók tovább szeretnék fejleszteni drónjukat, hogy felkészítsék azt egy versenyre, amelynek célja, hogy 24 óra alatt minél több különböző fajt fedezzenek fel egy 100 hektárnyi szingapúri esőerdőben.
Hogy a drón hatékonyságát a versenyen tapasztalható körülmények között teszteljék, Mintchev és csapata jelenleg a zürichi állatkert Masoala esőerdejében dolgozik. “Itt megvan az az előnyünk, hogy tudjuk, mely fajok vannak jelen, ami segít majd jobban felmérni, hogy mennyire alapos az összes eDNS-nyom rögzítése ezzel a technikával, vagy esetleg kihagyunk valamit” – mondja Mintchev.
Ehhez az eseményhez azonban a gyűjtőeszköznek hatékonyabbá kell válnia, és gyorsabban kell mozognia. A svájci tesztek során a drón három nap alatt hét fáról gyűjtött anyagot; Szingapúrban egy nap alatt tízszer ennyi fára kell elrepülnie és tízszer ennyi fáról kell mintát gyűjtenie.
A természetes esőerdőben történő mintavétel azonban még keményebb kihívások elé állítja a kutatókat. A gyakori eső lemossa az eDNS-t a felületekről, a szél és a felhők pedig akadályozzák a drón működését. “Ezért nagyon kíváncsian várjuk, hogy mintavételi módszerünk a trópusi szélsőséges körülmények között is beválik-e” – mondja Mintchev.
Forrás: ETH Zürich
